五金水暖機(jī)械性能試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)

沈 旭， 孫啟國， 白冬軍， 李永威

（1.北京市公用事業(yè)科學(xué)研究所，北京 100011；2.北方工業(yè)大學(xué)，北京 100144）

0 引言

散熱器恒溫控制閥于20世紀(jì)40年代最早在歐洲出現(xiàn)，在80年代初我國開始自行研制散熱器恒溫控制閥，進(jìn)入21世紀(jì)，隨著熱計(jì)量政策及技術(shù)的不斷深化及廣大人民群眾對居室溫度的個(gè)性化要求，各種國產(chǎn)、進(jìn)口散熱器恒溫控制閥產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，并在國內(nèi)很多工程項(xiàng)目中被采用。

1 本課題研究的目的和意義

目前，散熱器恒溫控制閥制造技術(shù)已基本成熟 （見圖1），但散熱器恒溫控制閥的檢測技術(shù)仍處于初級階段，大多數(shù)檢測、認(rèn)證部門只能做出流量特性曲線的檢測，無法做出機(jī)械性能試驗(yàn) （閥體裝配件抗彎性試驗(yàn)、閥頭抗扭性試驗(yàn)、閥頭抗彎性試驗(yàn)、機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)、溫度強(qiáng)度試驗(yàn)、溫度極限試驗(yàn)）的檢測、認(rèn)證。嚴(yán)重地制約了散熱器恒溫控制閥的質(zhì)量水平，機(jī)械性能試驗(yàn)是衡量散熱器恒溫控制閥質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是散熱器恒溫控制閥產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸。因此，研制一種高效而實(shí)用的機(jī)械性能試驗(yàn)設(shè)備已成為國內(nèi)、外一項(xiàng)重要的研究課題。

圖1 散熱器恒溫控制閥

2 主要研究的內(nèi)容

（1）利用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動與旋轉(zhuǎn)（圓周）運(yùn)動互換原理實(shí)現(xiàn)試樣任意角度旋轉(zhuǎn)的高效新型機(jī)械性能檢測設(shè)備。

（2）對建筑用五金水暖機(jī)械性能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行理論設(shè)計(jì)。

（3）確定試驗(yàn)全過程各工作部件之間的相互關(guān)系。

（4）設(shè)計(jì)建筑用五金水暖機(jī)械性能試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)裝置。

（5）具體實(shí)施方式說明。

3 建筑用五金水暖機(jī)械性能試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)思想

本文將提供一種檢測建筑用五金水暖中的陶瓷片密封水嘴和散熱器恒溫控制閥的機(jī)械性能試驗(yàn)、溫度強(qiáng)度試驗(yàn)、密封性能試驗(yàn)、使用壽命試驗(yàn)的機(jī)械裝置。

圖2 檢測效率低、旋轉(zhuǎn)角度單一的試驗(yàn)機(jī)

中國專利公開的建筑用五金水暖檢測設(shè)備，只有檢測陶瓷片密封水嘴開關(guān)和水嘴出水管壽命的試驗(yàn)機(jī)，尚未有檢測散熱器恒溫控制閥機(jī)械性能的試驗(yàn)機(jī)，如：中國專利公開的一種檢測用試驗(yàn)機(jī)，只能檢測陶瓷片密封水嘴開關(guān)和水嘴出水管壽命，一次只能裝夾一個(gè)試樣，做完次后，在更換另一個(gè)試樣；利用電機(jī)正、反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)試樣的旋轉(zhuǎn)動作。該試驗(yàn)機(jī)檢測效率低、裝夾繁瑣、試樣旋轉(zhuǎn)不均、旋轉(zhuǎn)角度單一、電機(jī)損耗大，不適于做頻繁旋轉(zhuǎn)、多次數(shù)的試驗(yàn)，如圖2所示。

本實(shí)用新型就是針對已有技術(shù)存在的不合理性，結(jié)合研發(fā)工作和檢測過程的需要，設(shè)計(jì)提供一種一次裝夾多個(gè)試樣，利用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動與旋轉(zhuǎn)（圓周）運(yùn)動互換原理實(shí)現(xiàn)試樣任意角度旋轉(zhuǎn)的高效新型機(jī)械性能檢測設(shè)備。

依據(jù)GB/T 18145-2003《陶瓷片密封水嘴》、JG/T 195-2007《散熱器恒溫控制閥》、DS/EN 215：2004《Thermostatic radiator valves-Requirements and test methods》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。目的在于提供一種既能檢測陶瓷片密封水嘴開關(guān)和水嘴出水管壽命試驗(yàn)，又能檢測散熱器恒溫控制閥機(jī)械性能試驗(yàn)的機(jī)械裝置。該機(jī)械具有裝夾試樣多、旋轉(zhuǎn)角度廣（0°～270°）、電機(jī)損耗低、定位準(zhǔn)確高、結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、易操作、檢測效率高、勞動強(qiáng)度低、安全可靠性高等特點(diǎn)。

技術(shù)方案：利用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動與旋轉(zhuǎn)（圓周）運(yùn)動互換原理來實(shí)現(xiàn)試樣任意角度的旋轉(zhuǎn)。把與電機(jī)軸相聯(lián)并能作整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動的連架桿稱為曲柄，即：主動輪6；把不與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件稱為連桿，即：桿件11和桿件8.1；把只能在一定角度范圍內(nèi)擺動的連架桿稱為搖桿，即：從動輪9和從動輪8。構(gòu)件：主動輪6、桿件11和從動輪9組成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，所需的旋轉(zhuǎn)角度可根據(jù)機(jī)械原理中"平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)"的知識來計(jì)算出曲柄、連桿、搖桿的長度和相對位置，并應(yīng)滿足：①曲柄為最短桿；②最短桿與最長桿的長度之和，小于或等于其它兩桿長度之和，在配上本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的專用夾具（14）、專用夾具15即可完成陶瓷片密封水嘴開關(guān)和水嘴出水管壽命的試驗(yàn)。做散熱器恒溫控制閥試驗(yàn)時(shí)，則需把連桿機(jī)構(gòu)2分別與主動輪1和從動輪3聯(lián)接，所需的旋轉(zhuǎn)角度可通過改變連桿機(jī)構(gòu)2、連桿機(jī)構(gòu)4 的長度進(jìn)行調(diào)節(jié)， 即可實(shí)現(xiàn)從“※（0）擋”～“5 擋”、 0°～270°旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，調(diào)節(jié)方法同上所述，試樣裝夾夾具為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的專用夾具15。

圖3 檢測陶瓷片密封水嘴試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖4 檢測陶瓷片密封水嘴傳動機(jī)構(gòu)圖

圖5 檢測溫控閥試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖6 檢測溫控閥傳動機(jī)構(gòu)圖

4 五金水暖機(jī)械性能試驗(yàn)機(jī)的具體實(shí)施方式

4.1 具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖實(shí)施例做進(jìn)一步的描述，建筑用五金水暖機(jī)械性能試驗(yàn)機(jī)由步進(jìn)電動機(jī)、機(jī)架、主動輪（曲柄）、連桿、從動輪（搖桿）、電機(jī)軸、通水軸（輸出軸）、滾動軸承、兩套專用夾具等構(gòu)成。試驗(yàn)機(jī)的大小按人的身高160～180mm進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)，制作前將各部分零件按1∶1的比例在箱體布局，使機(jī)構(gòu)聯(lián)接緊湊合理、人性化、可作成系列產(chǎn)品。本實(shí)用新型的建筑用五金水暖件機(jī)械性能試驗(yàn)機(jī)，可以完成0°～270°的旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)。以下是對建筑用五金水暖的兩種具有代表性的實(shí)例進(jìn)行闡述。

4.2 實(shí)施例1

實(shí)施例1適宜陶瓷片密封水嘴開關(guān)和水嘴出水管壽命的試驗(yàn)。本實(shí)施例的主動輪1為單拉槽方式曲柄，從動輪5為互成120°的三拉槽方式搖桿，可根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度的要求改變連桿在圓盤的位置。桿件2、桿件4為中空心連接桿，便于調(diào)節(jié)連桿的長度。專用夾具14夾身為空心水盒，可充滿水，在夾身外部可裝有多個(gè)水嘴接頭，圖6中只畫出三個(gè)。用桿件2分別聯(lián)接主動輪1和從動輪5組成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)電機(jī)帶動主動輪1轉(zhuǎn)動時(shí)，主動輪1通過連桿2使從動輪5在0°～180°范圍內(nèi)擺動，專用夾具上的水嘴便形成0°～180°的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，根據(jù)實(shí)際情況在水嘴把處安裝固定挾持棒，所需的旋轉(zhuǎn)角度可根據(jù)機(jī)械原理中 “平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)”的知識來計(jì)算出曲柄、連桿、搖桿的長度和相對位置，即可完成陶瓷片密封水嘴開關(guān)和水嘴出水管壽命的試驗(yàn)。

4.3 實(shí)施例2

實(shí)施例2適宜散熱器恒溫控制閥機(jī)械性能試驗(yàn)，其基本原理與實(shí)施例1相同，不同之處：夾具不同；連桿聯(lián)接的順序不同。散熱器恒溫控制閥的夾持器在內(nèi)部設(shè)有不同規(guī)格的水線（15-1），適于夾持各種型號的溫包頭，在該夾具外部裝有特制鎖緊溫包機(jī)構(gòu)（15-2）、（15-3），不會因人為因素造成溫包的外觀缺陷。

實(shí)施例2的連接方式為：主動輪1→連桿2→從動輪3一端→從動輪3另一端→連桿4→從動輪5任意一端（根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度選定拉槽）。

實(shí)施例2的運(yùn)行動作：電機(jī)帶動主動輪1做整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動→通過連桿2→使從動輪 3做0°～180°范圍內(nèi)的擺動→通過連桿4進(jìn)行運(yùn)動轉(zhuǎn)換→使從動輪5達(dá)到0°～270°范圍的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。所需的旋轉(zhuǎn)角度可根據(jù)機(jī)械原理中 “平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)”的知識來計(jì)算出曲柄、各連桿、各搖桿的長度和相對位置，即可完成散熱器恒溫控制閥機(jī)械性能試驗(yàn)。

5 結(jié)論

針對國內(nèi)檢測五金水暖機(jī)械性能試驗(yàn)的現(xiàn)狀，提出了檢測五金水暖機(jī)械性能試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)思路和方案，并根據(jù)受力條件對陶瓷片密封水嘴和溫控閥的相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)和測定。試驗(yàn)結(jié)果表明，頂壓力（旋轉(zhuǎn)力）為225N，檢測效果最佳。

根據(jù)溫控閥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了兩種專用夾具機(jī)構(gòu)?？梢杂行У膴A持各種溫控閥門。

試驗(yàn)結(jié)果表明，五金水暖機(jī)械性能試驗(yàn)機(jī)能夠完全滿足GB/T 18145-2003《陶瓷片密封水嘴》、JG/T 195-2007《散熱器恒溫控制閥》、DS/EN 215：2004《Thermostatic radiator valves-Requirements and test methods》標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求，證實(shí)了五金水暖機(jī)械性能試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)思路和技術(shù)方案的可行性和現(xiàn)實(shí)性。

[1]DS/EN215：2004Thermostatic radiator valves-Requirements and test methods[S].

[2]GB/T 18145-2003陶瓷片密封水嘴[S].

[3]JG/T 195-2007散熱器恒溫控制閥[S].